基于PDMS的自組裝及轉移印刷制備微結構的研究.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展，器件微型化成為目前諸多領域的關注重點。作為傳統(tǒng)微結構加工技術的光刻技術，能夠加工微納米級特征尺寸的大規(guī)模集成電路，在工業(yè)生產和科學研究中得到廣泛應用。然而光刻技術需要昂貴的光學曝光設備、苛刻的加工環(huán)境、復雜的工藝流程和儀器維護，并且僅能在少數光刻膠、半導體和金屬等材料上制備微結構。而微流控芯片、生物芯片、有機電子器件、微全分析系統(tǒng)等新興領域和分析化學、生命科學、物理等傳統(tǒng)領域都需要基于非半導體材料的微結構，同時要求加

2、工技術簡單而快捷，具有高效費比。因此研究基于非半導體材料的微結構加工技術對上述領域具有重要的理論和實用價值。
　　聚合物材料以其微納尺度的分子鏈結構、穩(wěn)定而可控的合成反應、簡易而低價的操作工藝、功能多樣化等性能使其在很多領域都有廣泛應用,尤其是制備微納米尺度的圖形結構。目前已出現了很多基于聚合物材料的非傳統(tǒng)的微結構加工技術，如納米壓印技術、軟印刷技術、自組裝技術等。而目前最為有效的途徑是將現有的光刻技術和這些基于聚合物材料的微結構

3、加工技術的優(yōu)點結合起來，制備出具有特定功能的圖形結構。本文研究了聚二甲基硅氧烷(PDMS)的性能，提出了基于PDMS的自組裝和轉移印刷制備微結構的方法，為實現微納圖形結構的制備提供了一種經濟可靠的手段。
　　本文對 PDMS的化學結構、合成反應和應用領域進行了分析。并用納米壓痕法對 PDMS的機械性能進行了表征。實驗結果表明，從10:1至1:1的范圍內，配比為6:1的PDMS具有最大的彈性模量和硬度。用 PDMS復制模鑄納米壓痕陣

4、列和AFM機械刻劃圖案，研究了該材料復制復雜二維和三維圖形結構的精度和質量，為其作為模具材料提供了保證。
　　利用 PDMS與金屬薄膜之間的熱膨脹系數和彈性模量的巨大差異，在PDMS表面熱沉積 Au膜，而后冷卻收縮自發(fā)形成復雜的褶皺圖案。對其平面上熱沉積 Au膜形成的褶皺圖案進行了理論分析和實驗研究，提出了預防、減弱或消除褶皺圖案的方法。針對復雜而有序的褶皺圖案，建立了基于傅立葉變換和灰度共生矩陣的自組裝褶皺圖案的評價方法，從而實

5、現了褶皺圖案的排列方向、周期有序性等方面的定量分析。
　　利用光刻技術和超精密切削技術制備了硬質模板，經復制模鑄轉至PDMS表面，進而調控出規(guī)則有序的褶皺圖案。由于PDMS基體表面形貌和褶皺圖案之間的相互關系，得到了兩種不同的復合微結構。利用光刻圖案和超精密切削圖案中的光柵結構調控出鋸齒狀褶皺圖案，并分析了鋸齒狀褶皺圖案形成的主要原因。
　　建立了基于PDMS粘附作用的轉移印刷技術，制備了 Au/Ti/PDMS復合圖形結構。